Azotirovanie.ru

Инженерные системы и решения
7 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тепловые источники тока

Тепловые источники тока

АО «Литий Элемент» производит тепловые источники тока специального назначения в интересах Министерства обороны РФ.

Тепловые источники тока

Тепловые источники тока используются в качестве автономных резервных источников постоянного тока для бортового питания объектов, систем автоматики, различных радиотехнических средств связи, сигнализации, оповещения, охранных систем, аварийных систем, активации систем пожаротушения и других устройств. Активация батарей происходит от тепловых и электро-воспламенителей.

Ключевые характеристики:

высочайшая надежность;
мгновенное срабатывание;
большой срок гарантии (17 лет);
работа в широком диапазоне температур;
отсутствие саморазряда;
не требуют обслуживания;
Общие характеристики:

напряжение 30-21 В;
разрядный ток от 0,5 до 5 А;
температурный диапазон -50..+65 °C;
время приведения в действие от 0,3 с;
время работы от 35 до 360 с;

Источник тока ЛОТ-2БМ

Технические характеристики

НаименованиеЛОТ-2БМ
Напряжение, В30-21
Разрядный ток, А0,5-3,5
Время приведения в действие, с0,5- 1,0
Время работы, с50-140
Диапазон температур эксплуатации, С-50..+65
Гарантийный срок, лет17
Масса не более, кг0,3
Габаритные размеры, диаметр/высота, мм47/70

Источник тока ЛТ-3В

Технические характеристики

НаименованиеЛТ-3В
Напряжение, В30-21
Разрядный ток, А1,5-3,0
Время приведения в действие, с1,3
Время работы, с360
Диапазон температур эксплуатации, С-40..+60
Гарантийный срок, лет17
Масса не более, кг1,1
Габаритные размеры, диаметр/высота, мм70/127

Источник тока ЛТ-3М

Технические характеристики

НаименованиеЛТ-3М
Напряжение, В30-21
Разрядный ток, А3,0-5,0
Время приведения в действие, с1,5
Время работы, с110-350
Диапазон температур эксплуатации, С-50..+65
Гарантийный срок, лет17
Масса не более, кг0,8
Габаритные размеры, диаметр/высота, мм70/95

Источник тока ЛТ-4

Технические характеристики

НаименованиеЛТ-4
Напряжение, В30-21
Разрядный ток, А1,0-1,7
Время приведения в действие, с0,3- 0,7
Время работы, с35-42
Диапазон температур эксплуатации, С-50..+60
Гарантийный срок, лет17
Масса не более, кг0,1
Габаритные размеры, диаметр/высота, мм30/65

Источник тока ЛТ-4А

Технические характеристики

НаименованиеЛТ-4А
Напряжение, В30-21
Разрядный ток, А1,0-1,5
Время приведения в действие, с0,5
Время работы, с40
Диапазон температур эксплуатации, С-50..+60
Гарантийный срок, лет17
Масса не более, кг0,2
Габаритные размеры, диаметр/высота, мм31/108

Ознакомится с полным перечнем выпускаемых
источников тока и батарей вы можете в нашем каталоге:
скачать каталог продукции «АО Литий-Элемент» (PDF 17Мб)

Тепловой источник тока термоэлемент

Расчет охлаждающего устройства по исходным данным, определяемым условиями эксплуатации, часто приводит к необходимости создания термобатареи, состоящей из большого числа

термоэлементов. Нередко расчетное число термоэлементов может достигать нескольких сот. Это позволяет использовать для питания термобатареи источники относительно высокого напряжения и снимать с них небольшие рабочие токи.

Создание термобатареи, состоящей из многих термоэлементов, связано с необходимостью изготовления большого количества отдельных ветвей, сборки из них термобатареи и, что самое главное, осуществления коммутации большого количества термоэлементов. Коммутация термобатареи представляет собой одну из основных операций в технологическом цикле изготовления охлаждающего прибора. От качества выполнения этой операции в значительной степени зависят параметры готового прибора.

Рис. 25. Схема термобатареи, залитой эпоксидным компаундом.

В связи с тем что в большинстве случаев все термоэлементы соединяются в термобатарее последовательно, некачественная пайка хотя бы одной коммутационной пластины либо нарушение коммутации в процессе эксплуатации приводит к выходу из строя всего прибора.

Кроме того, необходимость применения в слаботочных термобатареях ветвей малых размеров превращает коммутацию в чрезвычайно сложную операцию, доступную только высококвалифицированным работникам. Создание сильноточной батареи — задача более простая. Источником питания для нее могут служить выпрямители с выпускаемыми промышленностью германиевыми или кремниевыми диодами.

Таким образом, выбор режима питания термобатареи является весьма существенным обстоятельством и его решение должно учитывать не только эксплуатационные, но и конструкторско-технологические факторы. При возможности всегда следует отдавать предпочтение сильноточным термобатареям перед слаботочными.

В тех случаях, когда термобатарея представляет собой самостоятельный конструктивно законченный узел, механическое соединение отдельных элементов обычно осуществляется путем заливки батареи в эпоксидный компаунд на основе смолы ЭД-6. Выбор этого компаунда обусловлен тем., что он обладает хорошей адгезией практически ко всем материалам, механически прочен

Читайте так же:
Тепловая мощность через силу тока

и имеет сравнительно низкий коэффициент теплопроводности. Последнее особенно важно, так как сквозь компаунд идет обратный тепловой поток от горячих спаев термобатареи к холодным, что снижает эффективность охлаждения. Лучшее конструктивное решение (рис. 25) — это заливка в эпоксидный компаунд только нижней 1 и верхней 2 частей термобатареи так, чтобы в средней ее части (по высоте термоэлемента) имелся достаточный воздушный промежуток. Для исключения непосредственного конвекционного теплообмена между горячими и холодными частями термоэлемента этот воздушный зазор заполняется мипорой или пенопластом 3. Коммутация термобатареи производится после заливки компаундом, что позволяет в дальнейшем производить смену отдельных коммутационных пластин в случае ремонта батареи.

Рис. 26. Разрез кольцевого термоэлемента.

Рис. 27. Разрез кольцевой термобатареи для домашнего холодильника.

Обычно в термобатареях используются ветви прямоугольного сечения. Между тем в охлаждающих устройствах с жидкостным съемом тепла с успехом может быть использована кольцевая система термоэлементов, предложенная А. Н. Ворониным.

Конструкция кольцевого термоэлемента изображена на рис. 26. Предварительно спрессованные положительная и отрицательная ветви 1 и 2, изготовленные в виде колец, надеваются на залуженные коммутационным сплавом металлические трубки 3 и 4, выполняющие функции горячих коммутационных пластин. Между ветвями вкладывается слюдяная шайба 5. Снаружи на термоэлемент надевается металлическое кольцо 6, являющееся холодной коммутационной пластиной.

Рис. 28. Схема расположения элементов в линейной термобатарее, обеспечивающая частичную компенсацию магнитного поля.

Кольцо внутри предварительно залуживается коммутационным сплавом.

Подготовленная таким образом заготовка помещается в специальную горячую прессформу, в которой производится окончательная прессовка полупроводников и одновременно с этим припайка их к наружному и Внутреннему кольцам.

Отдельные кольцевые термоэлементы припаиваются друг к другу легкоплавкими припоями и собираются в батарею. Затем к наружным кольцам термоэлементов припаиваются холодные радиаторные пластины. Во внутреннюю трубку подается проточная вода, снимающая тепло с горячих спаев.

Рис. 29. Бифилярное расположение элементов в термобатарее. (Стрелками показан путь прохождения тока).

На рис. 27 показан разрез блока кольцевой термобатареи, используемой в одном из типов бытового холодильника с жидкостным съемом тепла. Количество термоэлементов, образующих кольцевую термобатарею, должно быть таким, чтобы суммарное падение напряжения на батарее было меньше той разности потенциалов, при которой начинается электролиз воды (1.8-2 в). Если количество термоэлементов столь велико, что суммарное падение напряжения на батарее превышает указанное выше значение, внутреннюю поверхность центральной трубки необходимо электроизолировать от воды.

При работетермоэлектрической батареи вокруг нее образуется магнитное поле. Иногда оно оказывает отрицательное действие на охлаждаемый объект. Создание специальных магнитных экранов не всегда бывает удобным. Поэтому для уменьшения величины магнитного поля термобатареи термоэлементы в последней должны

располагаться в таком порядке, чтобы обеспечивалось бифилярное прохождение тока.

На рис. 28 приведена подобная схема расположения термоэлементов в линейной термобатарее. Здесь в соседних рядах термоэлементов ток проходит в противоположных направлениях, в результате чего образованные этим током магнитные поля взаимно компенсируются.

Другой конструктивный вариант бифилярнод термобатареи изображен на рис. 29. Магнитное поле термоэлементов, расположенных по внешнему кольцевому контуру, компенсируется магнитным полем термоэлементов, расположенных по внутреннему контуру в котором ток протекает в противоположном направлении. Следует отметить, что в бифилярной термобатарее магнитное поле устраняется неполностью. Лучшую компенсацию собственного магнитного поля термобатареи можно получить, вводя дополнительный компенсирующий виток, который по своей конфигурации повторяет расположение термоэлементов в батарее. Он включается последовательно с термобатареей, но таким образом, чтобы направление проходящего сквозь него тока было обратным относительно направления тока в батарее. В результате этого в компенсирующем витке возникает магнитное поле такой же конфигурации, как и в термобатарее, но обратного знака, что вызывает их взаимную компенсацию.

3. 3. Термоэлектрические свойства

Эти свойства полупроводников рассмотрим на примере терморезисторов и термоэлементов.

3.3.1. Терморезисторы

Чувствительность некоторых полупроводников к тепловому полю очень велика, например, таких как оксиды СuO, NiO, МnО, их смеси. Она может составлять (3. 7)% на 1 градус температуры.

Эта особенность используется для изготовления терморезисторов – сопротивлений, величина которых сильно изменяется от температуры. Подбирая разный состав полупроводника, можно получить требуемый ТКR. Вольтамперная характеристика терморезистора имеет вид, показанный на рис. 3.4. На участке 2, когда теплота Джоуля-Ленца, выделяемая в сопротивлении, превышает теплоотдачу в окружающую среду, термосопротивление нагревается, его сопротивление уменьшается (по экспоненте), а ток возрастает.

Читайте так же:
Формулы количества теплоты электрического тока

Терморезисторы изготавливают в виде стерженьков, таблеток, бусинок путем прессования окислов. Масса их, как правило, мала, чтобы терморезистор обладал меньшей инерционностью при реакции на тепло.

Рис. 3.4. Вольт-амперная характеристика терморезистора

Используются они как датчики температуры к различных схемах автоматики, в измерительных приборах в целях температурной компенсации, непосредственно для измерения температуры.

3.3.2. Термоэлементы

Это устройства, с помощью которых можно преобразовывать энергию электрического поля в тепловую энергию, и наоборот – тепловую в электрическую. Эти преобразования основаны на эффектах Зеебека и Пельтье.

Рассмотрим причины, которые могут способствовать направленному движению микрочастиц, носителей заряда и др.

Направленное движение заряженных частиц вызывают:

1) градиент электрического поля;

2) градиент теплового поля;

3) градиент концентрации частиц и другие факторы.

(Движение частиц направлено от большего градиента к меньшему!).

Если в полупроводнике образуются электронно-дырочные пары, т.е. если валентный электрон из своей зоны переходит в зону проводимости, образуя в валентной зоне дырку, способную в ней перемещаться, а в зоне проводимости перемещается сам электрон, то на этот процесс затрачивается энергия, при этом генерируется (возникает) электронно-дырочная пара. Если же электрон из зоны проводимости переходит на нижнюю валентную зону и заполняет там дырку, этот процесс идет с выделением энергии и называют его рекомбинацией электронно-дырочной пары (исчезновение носителя заряда – электрона и исчезновение носителя заряда – дырки).

Полупроводниковый термоэлемент представляет собой два разнотипных полупроводника, концы которых с одной стороны соединены проводящей пластиной (например, Сu), а вторые концы разомкнуты и к ним можно присоединять измерительный прибор (например, гальванометр) или источник постоянного напряжения (рис. 3.5.).

Если к р — столбику полупроводника приложите минус (–) источника питания, а к n-столбику плюс (+), то положительные носители заряда будут двигаться вниз к минусу; отрицательные заряды – к плюсу, тоже вниз. При этом возникает эффект Пельтье, т.е. одни из спаев (верхний) будет охлаждаться, а второй спай (нижний) нагреваться.

Рис. 3.5. Эффект Пельтье (а) и Зеебека (б)

Действительно, это будет иметь место и вот почему: через элемент будет протекать ток; носители заряда, которые идут вниз, в нижнем спае встречаясь, будут рекомбинировать, исчезать как носители заряда. Но ток протекает через элемент непрерывно, значит в верхнем спае должно возникать (генерироваться) столько же пар, сколько их рекомбинировало в нижнем спае. При генерации идет затрата энергии, значит верхний спай будет охлаждаться; при рекомбинации идет выделение энергии – значит нижний спай будет нагреваться. Нагрев одного спая и охлаждение другого можно подсчитать по формуле Пельтье:

QП = П∙I∙τ, (3.10)

где QП – теплота Пельтье, которая на одном спае выделяется (нагрев), а на другом поглощается (охлаждение), Дж;

I – протекающий ток, А;

τ – время протекания тока, с.

В материале, по которому протекает ток, выделяется теплота Джоуля-Ленца, причем независимо от того или другого спая.

Она определяется формулой

QД-Л = 0,24∙I 2 R∙τ, (3.11)

где QД-Л – теплота Джоуля-Ленца, Дж;

R – сопротивление материала, Ом.

Как видим и QП и QД-Л зависят от величины протекающего тока.

Эффект Зеебека показан с помощью рис. 3.5, б. Если один из спаев термоэлемента, например верхний (1), нагреть, а спай (2) охладить, то на разорванном нижнем спае появится постоянная разность потенциалов. Это произойдет в результате того, что носители заряда при наличии градиента температуры спаев будут двигаться направленно (от нагретого спая к холодному). На нижних концах столбиков термоэлемента скопятся носители заряда: на р — дырки (положительные), на n – электроны (отрицательные). Скопление противоположных носителей заряда создает электрическое поле.

Напряжение на таком термоэлементе определяется формулой Зеебека

U = A∙(Тнагр. – Тохл.), (3.12)

где U – напряжение;

А – коэффициент термо-ЭДС для данных пар полупроводниковых столбиков;

Тнагр. – температура нагретого спая;

Тохл. – температура охлаждаемого спая.

В термоэлектрических явлениях взаимодействуют электрические и тепловые поля. К материалам для изготовления, например, столбиков термоэлементов, предъявляются требования – иметь высокую электропроводность, т.к. эффекты зависят от величины тока, протекающего в них, но в то же время материал не должен обладать высокой теплопроводностью, чтобы тепло от нагретого спая не ухудшало эффекта охлаждения другого спая. Эти требования противоречивые, но им удовлетворяют сложные соединения типа Bi2Te3∙Sb2Se3 и подобные им.

Читайте так же:
Основные элементы электрической цепи тепловозов постоянного тока

Вопросы для самоконтроля

1. Каков характер изменения электропроводности полупроводников с увеличением температуры?

2. Нарисуйте энергетическую диаграмму полупроводника с акцепторной примесью.

3. Что происходит на спае двух разнородных полупроводников термоэлемента, если на этом спае идет рекомбинация?

4. Нарисуйте вольтамперную характеристику терморезистора.

5. Как ведет себя теплота Пельтье и теплота Джоуля-Ленца на охлаждаемом спае термоэлемента от изменения тока?

Мощный генератор на 12 модулях Пельтье

Лучшее время для работы термогенератора на основе элементов пельтье, это конечно же зима. Потому что их нужно хорошо охлаждать, чтобы хоть что-то получить.

В эксперименте с испытанием мощного генератора использованы 12 модулей Пельтье TEC1-12706. Самые дешевые и популярные, продаются в этом китайском магазине. Для него есть кулер охлаждения.

Охлаждение в показанном примере осуществлялось вентилятором мощностью 5,4 ватта, 12 вольт.

О том, что это такое элемент Пельтье, какие у него характеристики и как работает, конструкции рабочих моделей, описано в нескольких статьях на нашем сайте, которые вы легко сможете найти через строку удобного поиска.

Цель эксперимента узнать, какую максимальную мощность может выдать обычный китайский самый дешевый термоэлемент в зимнее время года.
Итак, с началом эксперимента печь растоплена, когда дрова немного разгорелись, термогенератор начал работать и запустился вентилятор. Он охлаждает холодную сторону термоэлементов. Схема простейшая. В конце видео показано, как собирается такой термогенератор.


В ходе эксперимента будет достигнуто максимальное напряжение холостого хода этого генератора. Потом при помощи потенциометра это напряжение будет понижено ровно вполовину. Тем самым уровняется сопротивление генератора и сопротивление нагрузки. Тогда в генераторе и в нагрузке рассеивается одна и та же величина мощности. Это даст 50 процентную мощность, точнее кпд 50% отдаваемой мощности. Это соответствует эффективности всего лишь 50%. Но зато выход такой мощности будет максимальным в таком соотношении. Но передача максимальной мощности имеет место только при таком соотношении!
По мере разогрева печи растет напряжение, выдаваемое электрогенератором. Вентилятор набрал обороты, это довольно мощный вентилятор мощностью 5,5 ватт. Поэтому часть мощности он будет отбирать на себя. Та мощность, которую сейчас будет определена, это будет полезная мощность. Больше 26 вольт напряжение не поднимается. Подключаем потенциометр и начинаем добавлять сопротивление.

generator_Peltier

Из 12 элементов пельтье получается 0,5 ватт и более на один элемент. При температуре воздуха ноль градусов это неплохой показатель на воздушном охлаждении. При температуре -20 результат был бы на порядок выше. Поэтому вполне возможно получить даже до одного ватта на один элемент пельтье, но при большом морозе.
Теперь вентилятор будет подключен через ваттметр для того, чтобы посмотреть, сколько полезной энергии расходуется на его работу. Прибор показал 6 ватт. Если бы не этот вентилятор, можно было бы добавить еще 5-6 ватт к мощности этого термогенератора.
В продолжение эксперимента вентилятор планировалось отключить, чтобы охлаждение делать с помощью снега. После того, как вентилятор сброшен, радиатор будет обильно покрыт снегом. Однако, в эксперименте произошла неожиданная авария. После того, как был снят вентилятор, печка перегрелась и вышел из строя какой-то из элементов пельтье, расплавившись без охлаждения. В системе произошло разъединение контактов. Поэтому вентилятор является в данном устройстве полезным элементом. Для безопасности же необходимо использовать защитные решетки.

Вывод следующий: порядка 1 ватта на элемент пельтье можно получить при хорошем морозе. Есть места, например якутия или дальний север, температура доходит до минус 50 градусов цельсия. Так что там 1 ватт с элемента получить будет просто. Представьте, в юрте печка, а за ней стена размером 1 x 2 м. Теплый стороной внутрь печки, а холодный наружу, где мороз и ветер. С одного квадратного метра таких элементов можно снять до 0,5 киловатта электричества. То есть, с 2 квадратных метров можно получить до одного киловатта электроэнергии.

Такие мощные печи на основе элементов Пельтье производятся в России. Называются они «Электрогенерирующая печь Индигирка». Купить их можно в этом магазине, скидочный промокод 11920924.

Читайте так же:
Автоматический выключатель без теплового расцепителя abb

Конструкция такого термогенератора предельно проста. 12 самых дешевых китайских элементах пельтье зажимаются между двумя алюминиевыми радиаторами, которые должны иметь ровные, в идеале полированные, поверхности. Естественно, на каждую сторону термоэлемента наносится термопаста. Скручиваем радиаторы болтами и соединяем проводами. Крепим кулер, желательно мощнее. Ну и сама печка. Это кусок оцинковки, лучше нержавейки. Крепится к горячему радиатору болтами. Потом делается дно с отверстиями 7-8 миллиметров для забора воздуха.

Есть продолжение этого эксперимента. Чтобы найти его, напишите в поиске по сайту: Пельтье на воздушном охлаждении.

Термогенераторы. Устройство и работа. Виды и применение

Тепловая энергия и электрическая энергия – разные виды энергии, и мысль о преобразовании одного вида в другой напрашивается само собой (Термогенераторы). Электрическую энергию превратить в тепловую легко – это делает любая электроплитка, а иногда подобное преобразование является побочным и невыгодным для нас, как, например, в электролампочке накаливания.

Но существует и возможность получения электрической энергии непосредственно от источника тепла посредством устройств, называемых термогенераторы или термоэлектрогенераторы (ТЭГ), составляются из отдельных термоэлементов.

Устройство и принцип действия термоэлементов

Принцип действия термоэлементов основан на эффекте, открытом немецким физиком Зеебеком в 1821 году. Эффект Зеебека заключается в том, что в цепи из двух соединенных разнородных проводников возникает электродвижущая сила (ЭДС) постоянного тока, если место спая проводников и свободные (неспаянные) концы проводников поддерживаются при разных температурах.

Разнородными проводниками могут служить разные металлы либо полупроводники с разными типами проводимости (n-типа и p-типа). Суть эффекта в том, что энергия свободных электронов (как и энергия молекул любого газа), зависит от температуры – чем выше температура, тем выше энергия. При контакте двух проводников электроны перемещаются от проводника с электронами более высокой энергии к проводнику с электронами менее высокой энергии. Если такое устройство из двух проводников замкнуть на внешнюю нагрузку, в ней возникнет электрический ток, стремящийся выровнять энергию электронов в проводниках, чему можно воспрепятствовать постоянным подводом тепла к нагретому спаю и удержанием низкой температуры холодных свободных концов.

Особенности термоэлементов

Величина ЭДС термоэлемента (термоэдс) определяется по формуле E = a (T1 — T2), где а – коэффициент термоэдс (называемый еще коэффициентом Зеебека, удельной термоэдс или термосилой), зависящий от материала проводников, составляющих термоэлемент. А T1 и T2 соответственно температура горячего и холодного концов термоэлемента. Поскольку a – это значение ЭДС термоэлемента при разнице температур в 1 °С (или 1 кельвин, обозначаемый К, и равный одному градусу Цельсия), то и выражается a в микровольтах на градус или кельвин (мкВ/К).

Сложность в том, что коэффициент термоэдс зависит от материала проводников термоэлемента, и, если мы имеем 10 материалов, из которых составляются термоэлементы в любых сочетаниях, они попарно дадут 90 значений a. Но ситуация облегчается тем, что значения коэффициентов термоэдс аддитивны, их можно складывать – если известны термоэдс двух материалом в паре с опорным материалом, то термоэдс пары материалов будет равна сумме термоэдс каждого из материалов в паре с опорным материалом.

Если взять один из металлов, например платину, за основу (опорный материал), и определять коэффициенты интересующих нас металлов относительно платины. То коэффициенты для всех прочих пар металлов определяются алгебраическим сложением (со знаком) коэффициентов составляющих пару металлов относительно платины (при этом сама платина в составе термоэлемента может отсутствовать).

Значение a несколько зависит от температурного диапазона и даже может менять знак в разных температурных диапазонах, оно также чувствительно к микроскопическим количествам примесей и к ориентации кристаллов в проводнике.

Поскольку разница температур в термобатареях обычно составляет сотни градусов, проще определить термоэдс относительно платины при нагреве одного конца термоэлемента до 100 °С, при поддержании нулевой температуры другого конца.

Termogeneratory tablitsa

Подсчитаем термоэдс для пары с наибольшей термоэдс сурьма-висмут: 4,7-(-6,5) = 11,2 (мВ). Для пары железо-алюминий термоэдс составит всего 1,6 — 0,4 = 1,2 (мВ), почти в 10 раз меньше. Не следует забывать, что эту ЭДС термоэлемент развивает при разности температур в 100 °С с пропорциональным изменением при иной разности температур.

Читайте так же:
Как проявляется тепловое действие электрического тока

ЭДС термоэлементов из металлических проводников лежит в пределах 5-60 мкВ/К. Наибольшую термоэдс дает контакт двух полупроводников, при нагреве горячих спаев до 300-400 °С можно получить термоэдс до 0,3В на один термоэлемент.

История создания

Первоначально термоэлементы использовались в измерительных приборах и датчиках температуры (термопарах), в последующем из них стали создавать термогенераторы, собирая термобатареи из термоэлементов. В термобатареях термоэлементы для повышения вырабатываемых напряжения и мощности соединяются параллельно-последовательно.

Первую термоэлектрическую батарею создали в 1823 году века датские физики Эрстед и Фурье с термоэлементами из сурьмы и висмута, разница температур создавалась газовой горелкой. Термобатареи создавались и в последующие годы, но практического применения не находили, поскольку имели низкий коэффициент полезного действия (КПД), составлявший при электродах из чистых металлов менее процента. Для поднятия КПД следовало применять в качестве электродов полупроводниковые материалы – окислы, сульфиды и интерметаллические соединения.

Советский академик А.И. Иоффе в начале 1930-х годов предложил превращать световую и тепловую энергию в электричество посредством полупроводников. В годы войны «партизанский котелок» на основе термобатареи из константана и сурьмянистого цинка позволял вырабатывать электроэнергию, мощности которой хватало для питания портативной радиостанции. Горячие спаи термобатареи нагревались пламенем костра, холодные находились в котелке с водой, что поддерживало разницу температур до 300 °С, при этом КПД доходил до 2%.

В 50-е годы в СССР выпускались термогенераторы для питания радиоприемников в неэлектрофицированных местностях. Горячие спаи термобатареи нагревались обычной керосиновой лампой, применявшейся для освещения, холодные спаи охлаждались воздушным радиатором с металлическими ребрами.

Одна секция подобной батареи вырабатывала напряжение 1,2 В для питания цепей накала электронных ламп радиоприемников, другая – напряжение 2 В для питания вибропреобразователя, вырабатывающего анодное напряжение. Общая мощность термобатареи составляла 4,6 Вт, вырабатываемой энергии хватало для питания распространенных в то время бытовых радиоприемников. Подобный генератор работал практически бесплатно, не боялся работы вхолостую и короткого замыкания, срок службы не ограничивался.

Применение термоэлементов и термогенераторов

Термоэлемент, используемый для измерения температуры, принято называть термопарой. Термоэлектрические термометры состоят из термопары в качестве датчика и электроизмерительного прибора (милливольтметра), градуированного в °С. Точность определения температуры термопарами доходит до 0,01 °С. Работают они в диапазонах от нескольких градусов выше абсолютного нуля (-273 °С) до 2500 °С.

Термогенераторы вырабатывают электроэнергию посредством:
  • Сжиганием топлива и пиротехнических составов.
  • Радиоактивным распадом изотопов.
  • Работой атомного реактора.
  • Концентрацией солнечного света солнечным коллектором (зеркалом, линзой, тепловой трубой).
  • Съемом с выхлопных и печных труб.

Термоэлектрогенераторы собираются из термобатарей, набранных из полупроводниковых термоэлементов. Термогенераторы различаются низко-, средне- и высокотемпературные с работой соответственно в диапазоне температур 20-300, 300-600 и 600-1000 °С.

В ТЭГ осуществляется прямое преобразование энергии с исходной тепловой энергией, и их КПД. При выработке электроэнергии подчиняется ограничениям второго закона термодинамики и не может превосходить КПД цикла Карно с работой в том же интервале температур. Из этого следует, что высокотемпературные термогенераторы потенциально обладают более высоким КПД.

К полупроводниковому материалу, пригодному для создания термогенераторов, предъявляются требования по высокому КПД, технологичности, низкой стоимости, высокому коэффициенту термоэдс, нетоксичности, возможности работы в широком температурном диапазоне. Материал термоэлементов – это обычно твердые растворы германий-кремний. КПД лучших ТЭГ составляет 15%, при мощности до нескольких сотен кВт. Иногда КПД самых совершенных термоэлектрогенераторов доходит до десятков процентов.

Termogeneratory v bytu

Термоэлектрогенераторы широко применяются в качестве бортовых источников питания на космических аппаратах, предназначенных для исследования дальнего космоса, где солнечные батареи неэффективны. Такие генераторы обычно используют тепло, выделяющееся при радиоактивном распаде плутония.

Используются термоэлектрогенераторы на автомобилях для полезного использования тепла выхлопной системы, на автоматических маяках, навигационных буях, метеостанциях, активных ретрансляторах.

Преимущества и недостатки термогенераторов
Преимущества ТЭГ:
  • Отсутствие движущихся частей.
  • Высокая надежность.
  • Большой (до 25 лет) срок службы.
  • Работа в широком диапазоне температур.
  • Автономность.
Недостатки ТЭГ:
  • Низкий КПД.
  • Сравнительно высокая стоимость.

Недостатки термоэлектрогенераторов преодолеваются по мере совершенствования технологий. Применения материалов с более совершенными характеристиками и их удешевления.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector